FAKTOR TRANSKRIPSI: MEKANISME TINDAKAN, JENIS, FUNGSI - BIOLOGI - 2025

A faktor transkripsi ialah peraturan "aksesori" protein perlu bagi gen transkripsi. Transkripsi adalah langkah pertama ekspresi gen dan melibatkan pemindahan maklumat yang terdapat dalam DNA ke molekul RNA, yang kemudian diproses untuk menghasilkan produk gen.

RNA polymerase II adalah enzim yang bertanggungjawab untuk transkripsi kebanyakan gen eukariotik dan menghasilkan, sebagai tambahan kepada beberapa RNA kecil, RNA messenger yang kemudiannya akan diterjemahkan menjadi protein. Enzim ini memerlukan kehadiran sejenis faktor transkripsi yang dikenali sebagai faktor transkripsi umum atau basal.

Jenis faktor transkripsi «Penutupan Leucine» (Sumber: I, Splette via Wikimedia Commons)

Walau bagaimanapun, ini bukan satu-satunya faktor transkripsi yang ada di alam, kerana terdapat protein "tidak umum", baik di eukariota dan di prokariota dan archaea, yang terlibat dalam pengaturan transkripsi gen khusus tisu (di organisma multisel) atau dalam pengaturan aktiviti gen sebagai tindak balas terhadap pelbagai rangsangan.

Faktor-faktor transkripsi ini adalah pengaruhnya yang sangat penting, dan dapat dijumpai di hampir semua organisma hidup, kerana ia merupakan sumber utama peraturan ekspresi gen.

Kajian terperinci mengenai faktor transkripsi yang berlainan dalam pelbagai jenis organisma hidup menunjukkan bahawa mereka mempunyai struktur modular, di mana kawasan tertentu bertanggungjawab untuk interaksi dengan DNA, sementara yang lain menghasilkan kesan perangsang atau penghambatan.

Oleh itu, faktor transkripsi turut serta dalam pemodelan corak ekspresi gen yang tidak ada kaitan dengan perubahan urutan DNA, tetapi dengan perubahan epigenetik. Ilmu pengetahuan yang bertanggungjawab untuk mengkaji perubahan ini dikenali sebagai epigenetik.

Mekanisme tindakan

Untuk melaksanakan fungsinya, faktor transkripsi mesti dapat mengenali dan mengikat urutan DNA tertentu secara khusus untuk mempengaruhi transkripsi wilayah DNA tersebut secara positif atau negatif.

Faktor transkripsi umum, yang pada dasarnya sama untuk transkripsi semua gen tipe II dalam eukariota, dipasang terlebih dahulu di kawasan promoter gen, sehingga mengarahkan kedudukan enzim polimerase dan "pembukaan" ganda baling-baling.

Proses ini berlaku dalam beberapa langkah berturut-turut:

- Pengikatan faktor transkripsi umum TFIID dengan urutan pengulangan timin (T) dan adenin (A) dalam gen yang dikenali sebagai "kotak TATA"; ini menyebabkan penyelewengan DNA yang diperlukan untuk pengikatan protein lain ke kawasan promoter.

- Perhimpunan berikutnya dari faktor umum lain (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF, dll.) Dan RNA polimerase II, membentuk apa yang disebut kompleks permulaan transkripsi.

- Pelepasan kompleks inisiasi, fosforilasi polimerase oleh faktor TFIIH dan permulaan transkripsi dan sintesis molekul RNA dari urutan gen yang ditranskripsikan.

Pengaktifan dan penindasan transkripsi

Seperti yang telah dibincangkan, faktor transkripsi "tidak umum" dapat mengatur ekspresi gen, baik secara positif atau negatif.

Pengaktifan

Sebilangan protein ini mengandungi, selain domain pengikat DNA struktural, motif lain yang dikenal sebagai domain pengaktifan, yang kaya dengan residu asid amino berasid, glutamin atau residu prolin.

Domain pengaktifan ini berinteraksi dengan elemen kompleks faktor transkripsi umum atau dengan molekul koaktifator yang berinteraksi secara langsung dengan kompleks. Interaksi ini berlaku sama ada dalam rangsangan pemasangan kompleks transkrip atau peningkatan aktivitinya.

Penindasan

Sebilangan besar faktor transkripsi menghalang transkripsi dengan mengganggu aktiviti faktor transkripsi yang bertindak positif, menyekat kesan perangsang mereka. Mereka boleh berfungsi dengan menyekat pengikatan faktor positif ke DNA atau dengan bertindak berdasarkan faktor-faktor yang menonaktifkan struktur kromatin.

Faktor penghambat lain bertindak dengan menyekat transkripsi secara langsung, tanpa menyekat tindakan faktor transkripsi yang mengaktifkan; dan mereka menurunkan tahap transkripsi basal, ke tahap yang lebih rendah daripada yang dicapai tanpa adanya faktor pengaktifan.

Seperti protein pengaktif, faktor penekan bertindak secara langsung atau tidak langsung dengan faktor transkripsi basal atau umum.

Jenis-Jenis

Walaupun kebanyakan faktor transkripsi diklasifikasikan mengikut ciri atau identiti domain pengikatan DNA mereka, ada beberapa, juga diklasifikasikan sebagai faktor transkripsi, yang tidak berinteraksi secara langsung dengan DNA dan dikenali sebagai faktor transkripsi. "Tidak langsung".

Faktor transkripsi langsung

Ini adalah faktor transkripsi yang paling biasa. Mereka mempunyai domain pengikat DNA dan dapat mengaktifkan atau menghambat ekspresi gen dengan mengikat ke kawasan tertentu DNA. Mereka berbeza antara satu sama lain terutama berkaitan dengan domain pengikatan DNA mereka dan keadaan oligomerisasi mereka.

Keluarga faktor yang paling banyak dikaji dan dikenali adalah:

Helix-Turn-Helix (" helix-turn-helix ", HTH)

Ini adalah keluarga faktor pertama dengan domain pengikat DNA yang ditemui, dan terdapat dalam banyak protein eukariotik dan prokariotik. Motif pengiktirafannya terdiri daripada heliks α, putaran, dan heliks α kedua.

Mereka mempunyai domain glisin yang terpelihara di kawasan giliran dan juga beberapa residu hidrofobik yang membantu menstabilkan susunan kedua heliks di unit HTH.

Homeodomain

Ia terdapat dalam sebilangan besar protein pengawal selia eukariotik. Urutan pertama dikenali dalam protein pengawalseliaan perkembangan Drosophila. Domain ini mengandungi motif HTH untuk mengikat DNA dan tambahan α-heliks, selain lengan terminal N yang diperpanjang.

Jari Zink

Mereka ditemui dalam faktor transkripsi Xenopus TFIIIA dan telah terbukti berpartisipasi dalam banyak aspek peraturan gen eukariotik. Mereka dijumpai dalam protein yang disebabkan oleh pembezaan dan isyarat pertumbuhan, pada proto-onkogen, dan dalam beberapa faktor transkripsi umum.

Mereka dicirikan oleh kehadiran ulangan kumpulan 30 motif jari seng yang mengandungi pelbagai residu sistein dan histidin.

Reseptor steroid

Keluarga ini merangkumi protein pengawalseliaan penting yang, selain memiliki domain untuk mengikat hormon, memiliki domain pengikat DNA dan umumnya bertindak sebagai pengaktif transkrip.

Domain pengikat mengandungi 70 residu, di antaranya 8 adalah residu sistein yang dipelihara. Beberapa penulis menganggap bahawa faktor-faktor ini dapat membentuk sepasang jari seng, memandangkan adanya dua set empat sistein.

Penutupan Leucine dan helix-loop-helix (" helix-loop-helix" )

Faktor transkripsi ini terlibat dalam pembezaan dan pengembangan dan fungsi dengan pembentukan heterodimer. Domain penutupan leusin diperhatikan dalam pelbagai protein eukariotik dan dicirikan oleh dua subdomain: penutupan leusin yang menjadi penghalang dimerisasi dan kawasan asas untuk pengikatan DNA.

Motif helaian Β

Mereka terutamanya terdapat dalam faktor eukariotik dan dibezakan dengan mengikat DNA dengan helaian β antiparallel.

Faktor transkripsi tidak langsung

Faktor transkripsi jenis ini memberi kesan pengawalseliaan terhadap ekspresi gen bukan melalui interaksi langsung dengan DNA, tetapi melalui interaksi protein-protein dengan faktor transkripsi lain yang berinteraksi dengan DNA. Itulah sebabnya mereka dipanggil "tidak langsung".

Yang pertama dijelaskan adalah trans-aktivator virus herpes simplex (HSV) yang dikenali sebagai VP16, yang mengikat pada faktor Okt-1 ketika sel dijangkiti virus ini, merangsang transkripsi gen tertentu.

Faktor jenis ini, seperti yang mengikat DNA, dapat mengaktifkan atau menekan transkripsi gen, sebab itulah mereka masing-masing disebut "coactivators" dan "corepressors".

Peraturan

Protein ini dapat diatur pada dua tahap: dalam sintesis dan dalam aktiviti mereka, yang bergantung pada pemboleh ubah yang berbeza dan pelbagai situasi.

Peraturan sintesis

Peraturan sintesisnya mungkin berkaitan dengan ekspresi tisu tertentu dari faktor transkripsi tertentu. Contohnya ialah faktor MyoD, yang hanya disintesis dalam sel otot rangka dan yang diperlukan untuk pembezaan prekursor fibroblas mereka yang tidak dibezakan.

Walaupun peraturan sintesis digunakan secara mendasar untuk pengendalian ekspresi gen pada jenis dan jaringan sel tertentu, ini bukan satu-satunya cara, kerana sintesis faktor-faktor yang terlibat dalam induksi gen yang mengambil bahagian dalam tindak balas juga diatur. kepada pelbagai rangsangan.

Peraturan aktiviti

Mekanisme pengawalseliaan lain untuk faktor transkripsi adalah pengaturan aktivitasnya, yang berkaitan dengan pengaktifan faktor transkripsi lain yang sudah ada yang memberi kesan positif atau negatif terhadap aktiviti faktor tertentu.

Pengaktifan faktor-faktor "sekunder" ini biasanya berlaku melalui mekanisme yang berbeza seperti pengikatan ligan, perubahan dalam interaksi protein-protein, fosforilasi, antara lain.

Peranan dan kepentingan

Faktor transkripsi mengambil bahagian dalam pelbagai proses seperti perkembangan embrio, pertumbuhan dan pembezaan, kawalan kitaran sel, penyesuaian terhadap keadaan persekitaran yang berubah-ubah, pemeliharaan corak sintesis protein sel dan tisu tertentu, dll.

Sebagai contoh, pada tanaman, mereka mempunyai fungsi penting dalam pertahanan dan sebagai tindak balas kepada pelbagai jenis tekanan. Osteogenesis pada haiwan telah ditentukan untuk dikawal oleh faktor transkripsi, serta banyak proses pembezaan lain dari garis sel yang berbeza.

Memandangkan pentingnya protein ini dalam organisma, tidak jarang berfikir bahawa perubahan dalam elemen pengawalseliaan ini akan menyebabkan perubahan patologi yang serius.

Dalam kes manusia, patologi yang berkaitan dengan faktor transkripsi boleh menjadi gangguan perkembangan (kerana mutasi yang menyebabkan ketidakaktifan faktor transkripsi, misalnya), gangguan pada tindak balas hormon atau barah.

Rujukan

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologi Sel Penting. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). Faktor transkripsi perintis dalam pengaturcaraan semula sel. Gen & Perkembangan, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Faktor Transkripsi: Tinjauan. Int. J. Biochem. Sel. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Faktor Transkripsi. Ensiklopedia Sains Kehidupan, 1–5.
5. Marie, PJ (2008). Faktor transkripsi yang mengawal osteoblastogenesis. Arkib Biokimia dan Biofizik, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Faktor Transkripsi: Keluarga Struktur dan Prinsip Pengiktirafan DNA. Annu. Rev., 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC, & Oñate-sánchez, L. (2002). Faktor transkripsi dalam pertahanan tumbuhan dan tindak balas tekanan. Pendapat Semasa dalam Biologi Tumbuhan, 5, 430-436.